Universidade Federal de Pernambuco
Centro de Informática
Construção de modelos simuláveis para avaliação do
consumo de energia de protocolos de roteamento em
redes de sensores sem fio
Cláudio Oliveira
MSc candidate
[email protected]
Ricardo Massa
Orientador
Abril/2011
REDE SENSORES SEM FIO - WSN
PROBLEMA
Qual protoloco de roteamento implantar visando à
otimização do consumo de energia?
RELEVÂNCIA
Limitação suprimento de energia
Tempo de vida da rede => Inoperabilidade
Implantação da WSN em áreas de difícil acesso
Manutenção e substituição de baterias
Abordagem tradicional de análise
Medições após instalação do protocolo na WSN
VANTAGENS DA MODELAGEM
Não é necessária
a implantação física
da rede
Permite avaliar diversas
configurações e cenários
rapidamente.
Reduz os custos
Possibilita determinar previamente conjunto de características com
objetivo de otimizar o consumo de energia
FERRAMENTA DE MODELAGEM
Redes de Petri Coloridas
TRABALHOS RELACIONADOS
Modelos matemáticos simplificados
Topologias específicas
Protocolos específicos
Aplicações específicas
O foco desta proposta de trabalho é a construção de
um modelo simulável parametrizável
MODELAGEM
MODELAGEM DOS DADOS
Id
Nó Origem
Sensoriamento
Medida
coletada
Nó Destino
Roteamento
Energia residual
SENSORIAMENTO
TRANSMISSÃO
RECEPÇÃO
INUNDAÇÃO
(id, nó origem, nó destino, medida, eResidual)
MODELAGEM DA BATERIA
MODELAGEM LINEAR
Cf = Ci – It
Cf :
Ci :
I:
T:
Capacidade final (mA.s)
Capacidade inicial (mA.s)
Corrente (mA)
Tempo operação (s)
Cbateria = 2.460 mA•s (Pilha alcalina AA)
Evolua para uma modelagem dinâmica
MODELAGEM DO CONSUMO
(ESTADOS OPERAÇÃO)
SENSORIAMENTO
TRANSMISSÃO
RECEPÇÃO
Corrente Operação (mA)
Duração (ms)
DATASHEETS ou MEDIÇÃO
MÉTRICAS
Tempo de vida da rede
Consumo médio de energia por nó da rede
Desvio padrão da energia residual média
por nó da rede (mapa de energia)
LIMITAÇÕES ATUAIS DA MODELAGEM
(Questões não consideradas)
Colisões na camada MAC
Taxa de falhas de canal de comunicação (*)
Taxa de falhas do nó sensor (*)
Mobilidade dos nós
NÓ SENSOR - CPN TOOLS
Módulo Bateria
Módulo Recepção
Módulo Sensoreamento
Módulo Descarte
Módulo Transmissão
ROTEAMENTO
Topologia
REDE
Próximo Nó
Modelo da REDE
Protocolo
Roteamento
RESULTADOS TEÓRICOS
(Datasheets)
Bateria :
Transmissão :
Recepção :
Sensoriamento :
2460000
216
80
10
Valores em mA.ms
REDE WSN
RESULTADO
MÉDIA DE CONSUMO DE ENERGIA POR SENSOR
MÉDIA DE CONSUMO DE ENERGIA POR SENSOR
900000
80000
800000
70000
700000
CONSUMO (mA.ms)
CONSUMO (mA.ms)
90000
60000
50000
40000
30000
20000
10000
600000
500000
400000
300000
200000
100000
0
0
S5-1
S5-10
CENÁRIO
FLOODING
TINY BEACON
Único sensor
S5-100
All 1
All 10
CENÁRIO
FLOODING
TINY BEACON
Todos Sensores
All-100
EM DESENVOLVIMENTO
CENÁRIOS SIMULAÇÃO
Nº sensores e gateways
TOPOLOGIA REDE
Distribuição dos nós
Distância entre nós
SENSORIAMENTO
Ativo e Reativo
Distribuição dos eventos
MEDIÇÃO CONSUMO NÓ SENSOR
Sensoriamento/Transmissão/Recepção
(Utilizando Osciloscópio: consumo x distância entre nós)
Medição 1
Medição 2
PROTOCOLOS ROTEAMENTO
Selecionar e implementar os protocolos de roteamento
MODELO – EM JAVA
REDE WSN
VALIDAÇÃO DO MODELO
COMPARAR COM OUTROS MODELOS EXISTENTES
COMPARAR COM MEDIÇÃO NA REDE IMPLANTADA
Como medir a capacidade residual
das baterias?
BIBLIOGRAFIA
[1] Yu, L. and Ephremides, A. “Chapter 6: Detection, Energy, and Robustness in Wireless Sensor
Networks”, in Mobile, Wireless, and Sensor Networks. IEEE Press. 2006.
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variable transmission energy level control”, IEEE international conference and information
technology (2006).
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Sensor Nodes”. In: The 16th IEEE ICCCN (2007).
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[8] Walid, C., Mohamed, M., and Walid, F. “A Behavioural Study of Nodes to Conserve Energy in
Wireless Sensor Networks”. International Conference on Design & Technology of Integrated
Systems in Nanoscale 2010.
[9] Jamal, A., Ahmed, K., “Routing techniques in wireless sensor networks: a survey”. IEEE
Wireless Communications. 2004.
SUGESTÕES E QUESTIONAMENTOS